BD星基增强系统格网电离层延迟算法的研究

随着北斗卫星导航系统的发展日益成熟,开发基于北斗的星基增强系统已刻不容缓,而电离层误差是影响星基增强系统定位精度的重要误差源。利用中国大陆构造环境监测网络的10个GNSS参考站在2016年3月20日的观测数据,验证了基于北斗导航系统的星基增强系统格网电离层修正算法在中国地区部分站点的修正精度,与Klobuchar模型修正法进行了对比,并检验了格网电离层垂直延迟的修正误差GIVE。结果表明,格网电离层修正算法的修正精度普遍优于Klobuchar模型修正法;修正误差也在正常范围内,进一步说明格网电离层延迟算法在中国地区的应用是可行的。     

基于分片线性插值的北斗格网电离层延迟问题研究

为了增强定位精度,需不断提高电离层延迟模型精度,格网电离层模型由于修正效果佳而被广泛应用。针对格网模型构建过程中网格节点处电离层延迟的插值问题,提出了分片线性插值法计算用户端穿透点的电离层延迟。基于格网模型的特征,在同一模型中应用不同的插值算法进行电离层延迟误差的对比,并检验格网电离层垂直延迟修正误差(GIVE)。结果表明,使用分片线性插值法计算的穿透点电离层延迟值更接近于实测数据,GIVE值更小,从而验证了该插值方法计算用户端穿透点的电离层延迟的高准确度。     

基于分片线性插值的北斗格网电离层延迟问题

为了增强定位精度,需不断提高电离层延迟模型精度,格网电离层模型由于修正效果佳而被广泛应用。针对格网模型构建过程中网格节点处电离层延迟的插值问题,提出了分片线性插值法计算用户端穿透点的电离层延迟。基于格网模型的特征,在同一模型中应用不同的插值算法进行电离层延迟误差的对比,并检验格网电离层垂直延迟修正误差(GIVE)。结果表明,使用分片线性插值法计算的穿透点电离层延迟值更接近于实测数据,GIVE值更小,从而验证了该插值方法计算用户端穿透点的电离层延迟的高准确度。     

北斗二号/三号融合的分米级星基增强算法与性能分析

北斗卫星导航系统星基增强服务通过地球静止卫星向用户播发等效钟差、轨道改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数等四重广域差分改正数,用户在此基础上利用载波相位观测值实现实时分米级的定位性能.本文介绍了分米级星基增强服务的参数匹配算法以及单频、双频用户精密定位模型.将系统播发的四重差分改正数应用于北斗二号与三号融合的精密单点定位,分析了不同频点及定位模型的系统精密定位服务性能.18个测站7 d的结果表明:北斗二号/三号融合的星基增强服务双频组合动态精密单点定位平均12.42 min收敛至0.5 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.15 m,高程0.2 m;相比仅使用北斗二号系统,不同定位模型收敛时间平均缩短了56.7%;而基于非差非组合的分区定位收敛速度更快,并且能达到与无电离层组合模型相同的精度水平.使用北斗电离层格网信息改正的单频动态定位PPP平均11.74 min收敛至0.8 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.2 m,高程0.3 m;相比使用广播星历电离层模型改正的结果,静态和动态定位平均收敛时间分别缩减了21.4%和25.2%.     

影响GPS测量的电离层延迟模型研究

GPS作为一种无线电导航系统,受到很多误差源的影响,如:卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径误差、接收机钟差和测量噪声等误差。其中,自从SA(Selected Availability)于2000年5月1日取消以后,电离层误差是最大的一项误差。为了消除电离层延迟的影响,GPS导航定位中采用了双频改正法、利用电离层延迟的空间相关性差分以及各种电离层模型来削弱其影响。本文探讨了常用的修正GPS电离层延迟的模型和经验改正公式:Bent模型,IRI模型,Klubuchar模型,双频改正法等,并详细论述了如何利用双频观测值建立电离层模型。     

一种实时双频电离层修正方法

电离层延迟是影响GPS绝对定位的重要因素。比较常用的电离层延迟修正方法有模型方法和双频方法。模型方法和使用双频码伪距的方法精度有限。使用双频载波相位进行电离层延迟计算需要求解整周模糊度,计算复杂。本文提出了一种同时使用GPS双频码和载波观测量进行电离层误差修正的方法。使用卫星信号模拟器生成信号并用接收机实时接收,用此方法计算出电离层延迟值,并与真值进行比较,计算误差为厘米级。最后,接收真实卫星信号并计算了真实电离层延迟,并与使用Klobuchar模型方法计算出的电离层延迟进行了比较。     

太阳风暴期间的北斗电离层建模优化

北斗卫星导航系统发播地理坐标系下8参数Klobuchar电离层模型提供给单频用户使用,且采用实时观测数据每2 h更新一次模型参数.太阳风暴会造成电离层严重扰动,可能对电离层模型预报精度带来严重影响.本文针对北斗系统电离层模型参数特点,在分析相邻两天周期项参数对改正精度影响的基础上,设计了基于历史周期项参数的模型解算方法,首先利用前一天24 h观测数据解算的余弦周期项参数作为当天模型周期项参数,然后利用当天累积数据,采用最小二乘方法解算余弦幅值项参数.该方法固定对电离层模型精度影响较小的周期项参数,实现利用较短时段太阳风暴期间电离层穿刺点观测数据拟合电离层模型振幅参数,从而达到太阳风暴期间电离层模型改正精度显著提升.采用北斗实测电离层数据,分析比较北斗发播模型结果和基于历史周期项参数模型结果的预报精度,结果表明:太阳风暴期间,北斗系统发播模型结果因受前一天观测数据影响,预报精度大幅降低,电离层负暴期间中国区域平均预报精度比常态降低达40%,而基于历史周期项参数的模型结果在太阳风暴期间的预报精度均与平静期间精度相当,平均预报精度优于70%.     

利用北斗单星三频载波数据估算码偏差的方法

卫星导航系统码间硬件延迟偏差是电离层解算的主要误差来源,在高精度定位时,码偏差需要加以计算和消除.本文提出了通过北斗单星三频无电离层组合、线性回归假设及载波硬件延迟模型进行估算北斗接收机载波相位码偏差的方法,直接计算接收机的码偏差.通过采用实测的北斗单星三频载波数据,验证了该方法对于码偏差大于1μs时是有效性的.此方法提高了北斗二代测试期间数据质量分析水平,增强了北斗接收机软硬件的开发测试能力.     

基于GPS的双频电离层修正算法研究

电离层延迟是影响GPS卫星导航的重要误差源之一,为了有效消除该误差的影响,需要选择适当的电离层延迟修正的方法。本文在分析各修正方法优缺点的基础上,设计了一种利用双频点伪距及载波相位观测量来消除观测路径上的电离层延迟量方法,并在修正的过程中加入了检测和修复周跳的算法,提高了该方法的精度。     

大气电离层对GPS测量影响的探讨

本文从GPS测量误差来源出发,详细的分析了大气电离层的结构、电离层的折射延迟数学表示方式以及延迟对GPS测量的具体影响。最后,本文深入探讨了格网模型修正电离层延迟的方法,提出了站际分区新型格网模型值的具体确定方法,并通过实际试验得到数据证明了该方法的优越性。     

GPS接收机的定位误差分析

基于Superstar Ⅱ GPS接收机和MATLAB实验平台,实现了所有星座误差及信道误差的修正.重点分析了卫星钟差、电离层误差、对流层误差、地球自转效应等误差及修正方法.参照IGS精密星历,利用Klobuchar模型,电离层误差修正掉约14 m;利用高度角模型,对流层误差平均修正掉4.05 m;地球旋转效应误差最大修正掉约30 m;卫星钟差修正后不超过3.1 m.实验结果最终定位精度17 m,验证了误差修正方法的正确性,为今后进行的GPS接收机研制工作积累了经验.     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

金属板材多道次渐进折弯成形的回弹补偿

在模具型面的位移修正法(DAM)、平滑的位移修正法(SDAM)和成形传递函数法(DTFM)的基础上,提出一种基于傅里叶结合小波变换的离线闭环控制迭代算法,进行折弯凸模型面修正,实现回弹补偿.为减少模具和人工成本,借助数值模拟替代闭环控制迭代修正所需的工件成形回弹试验.将上述凸模型面修正算法应用于半椭圆形工件的渐进成形加工,平均误差是-0.493～0.573 mm.实际应用结果显示所提出的算法对减少渐进成形回弹误差是合理可行的.     

GPS广播电离层模型精化方法

电离层延迟是影响定位的主要误差源之一,与电离层电子含量(TEC)密切相关。Klobuchar模型是GPS单频用户在实时定位中消除电离层延迟的有效方法,其精度在太阳活动低年只有50%-60%。本文针对TEC时间序列的随机噪声和Klobuchar模型参数设置的局限性采取两种不同的改进策略,以双频改正法计算值作参考,利用广西CORS监测站数据进行解算并分析不同优化策略的效果,研究表明,针对TEC时间序列的精化模型,Kalman滤波处理策略效果最优,加权最小二乘方法效果最差,该处理策略改进效果整体差于模型参数的估计改正策略,模型参数改正方法,以14参数模型改正效果为最优,10参数次之,8参数最差,另外模型的计算效率也是其适用性的考量标准之一。     

动态测试误差灰色预报精度及修正

文章针对动态测量具有随机性、相关性、动态性等特点,借助灰色系统理论的方法建模,提出了最优化系数修正法对模型加以修正,较好地提高了模型的精度。克服了原有的灰色预测模型精度低的缺点,使其广泛用于动态测量的误差修正系统,具有现实的意义。     

一种GPS/BDS多频单站电离层模型与卫星DCB精化方法

电离层误差与卫星DCB是精密定位中的重要误差源,对于局域增强系统,常规方法是利用单个基准站对这些误差进行精密修正。从GPS/BDS的局域增强应用实际出发,讨论了建立GPS/BDS多频单站电离层模型与解算卫星BCB的方法,并利用乌鲁木齐iGMAS监测站验证了该方法的有效性。结果表明,该方法建立的局域电离层模型,与CODE全球电离层格网模型的误差可控制在3.5TECU以内,GPS卫星DCB与CODE发布值可控制在0.5ns以内;BDS卫星DCB与IGG发布值可控制在1.7ns以内,GPS的BCB稳定性比BDS略好;IGSO卫星DCB稳定性优于MEO与GEO卫星。     

基于局部加权线性回归的电离层层析重构

电离层层析重构的精度和穿过电离层的观测射线的分布和数量息息相关,由于地面观测站与卫星数量和分布的局限性,电离层大量格网内没有射线通过,进而使得没有射线穿过的格网迭代收敛后的像素值与初始值相同;然而实际反演过程中,初始值通常是由精度不高的经验电离层模型给出,从而使得电离层层析重构的精度不高。围绕这一问题,将机器学习领域的局部加权线性回归算法拓展应用到电离层层析重构技术中,依据电离层格网空间内像素的电子密度空间平滑分布特性,为没有射线穿过的格网通过局部加权线性回归算法计算格网像素值,解决了没有观测射线穿过的格网对初值的过度依赖问题,进而提高电离层层析重构的精度。数值模拟实验和实测数据的仿真结果表明新算法相比于传统层析算法更加有效、可靠和优越。     

北斗基本导航电文定义与使用方法

导航卫星发播的导航电文信息是用户导航定位的空间基准和时间基准.本文主要讨论了北斗卫星导航系统发展现状,介绍了北斗卫星导航系统发播信号特征与信息内容以及北斗系统时空基准与GPS(Global Positioning System)差异,在此基础上,详细给出了北斗基本导航电文中的卫星钟差与TGD(Time Group Delay)参数、卫星星历参数、电离层延迟模型参数的定义与使用方法,并结合实际应用,给出了用户使用北斗导航电文时需要特别注意的一些问题.     

一种GPS/BDS多频单站电离层模型与卫星频间偏差精化方法

电离层误差与卫星频间偏差(DCB)是精密定位中的重要误差源。对于局域增强系统,常规方法是利用单个基准站对这些误差进行精密修正。从GPS/BDS的局域增强应用实际出发,讨论了建立GPS/BDS多频单站电离层模型与解算卫星BCB的方法;并利用乌鲁木齐i GMAS监测站验证了该方法的有效性。结果表明,该方法建立的局域电离层模型,与CODE全球电离层格网模型的误差可控制在3.5TECU以内;GPS卫星DCB与CODE发布值可控制在0.5 ns以内;BDS卫星DCB与IGG发布值可控制在1.7 ns以内。GPS的BCB稳定性比BDS略好;IGSO卫星DCB稳定性优于MEO与GEO卫星。     

基于北斗三频组合观测值的精密定位算法研究

北斗卫星导航系统可通过观测3个频率组合信号的相位值来获得定位信息。利用三频组合产生的频率具有组合噪声小和电离层延迟小的优点,可以有效地减少单频测量过程中产生的误差。在介绍三频导航观测模型和定位原理的基础上,利用三频载波相位观测值进行周跳探测,分析了导致模糊度产生的原因以及解算模糊度的3种算法,通过仿真,验证了利用无几何无电离层模型可以有效地实现对多频组合模糊度的解算。